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20.3 混合潤滑軸承

滑動軸承中采用非連續(xù)供油方式的軸承,其相對運動表面間得不到充分潤滑,或者采用連續(xù)低壓供油方式的軸承,其運行參數(shù)不足以形成完全液體潤滑,這時只能處在邊界潤滑狀態(tài)或還伴有部分液體潤滑狀態(tài),即處于混合潤滑狀態(tài)下運轉(zhuǎn),稱為混合潤滑軸承。

20.3.1 徑向滑動軸承座

20.3.1.1 滑動軸承座尺寸(見表20-12~表20-15)

表20-12 整體有襯正滑動軸承座(摘自JB/T 2560—2007) (單位:mm)

注:1.軸承座殼體和軸套可單獨訂貨,但在訂貨時必須說明。

2.工作環(huán)境溫度-20~80℃。

表20-13 對開式二螺柱正滑動軸承座(摘自JB/T 2561—2007) (單位:mm)

注:1.工作環(huán)境溫度為-20~80℃。

2.軸肩承受的軸向載荷不大于徑向載荷30%。

3.與軸承座配合的軸頸表面應(yīng)進行硬化處理。

表20-14 對開式四螺柱正滑動軸承座(摘自JB/T 2562—2007) (單位:mm)

(續(xù))

注:1.工作環(huán)境溫度為-20~80℃。

2.軸肩承受的軸向載荷不大于徑向載荷的30%。

3.與軸承座配合的軸頸表面應(yīng)進行硬化處理。

表20-15 對開式四螺柱斜滑動軸承座(摘自JB/T 2563—2007) (單位:mm)

(續(xù))

注:1.工作環(huán)境溫度為-20~80℃。

2.軸肩承受的軸向載荷不大于徑向載荷的30%。

3.與軸承座配合的軸頸表面應(yīng)進行硬化處理。

20.3.1.2 滑動軸承座技術(shù)要求

(1)軸承座的材料 采用HT200灰鑄鐵或ZG200~ZG400鑄鋼制造。其性能應(yīng)符合GB/T 9439—2010或GB/T 11352—2009的規(guī)定。

(2)軸瓦和軸套材料 采用ZCuA10Fe3鋁青銅制造,軸套可采用ZCuSn6Zn6Pb3錫青銅制造。其力學(xué)性能和化學(xué)成分應(yīng)符合GB/T 1176—2013的規(guī)定。

(3)鑄件清理 鑄件上的型砂應(yīng)清除干凈,澆口、冒口、結(jié)疤及夾砂等均應(yīng)鏟除或打磨掉,清理后,毛坯表面應(yīng)平整、光潔。

(4)鑄件存在缺陷的條件 鑄件不允許有裂紋,無有損于強度和外觀的其他缺陷,在下列范圍內(nèi)允許存在以下缺陷:

1)非加工表面的縮孔、氣孔及渣孔等缺陷,深度不超過鑄件壁厚的0.125、長×寬不大于5mm×5mm,缺陷總數(shù)不超過3個,但軸承座的主要受力斷面(見圖20-3中ab斷面陰影部分)不允許有鑄造缺陷。

圖20-3 軸承座主要受力處

2)加工后的表面不允許有砂眼等鑄造缺陷。

(5)軸承座上的字體 鑄出的字體,如軸承座型號、制造廠代號或商標(biāo)應(yīng)保證完整、清晰和光潔。

(6)軸承座毛坯 應(yīng)在機械加工前進行時效處理。

(7)加工后的要求 軸承座上蓋與底座在自由狀態(tài)下分合面應(yīng)貼合良好,分合面對軸承座內(nèi)徑D的軸線位置度公差為0.05mm。

(8)對開式斜滑動軸承座 其45°分合面的角度公差,應(yīng)符合GB/T 1804—2000中V級精度的規(guī)定。

(9)軸承座中心高h 其公差為h12。

(10)軸承座底平面 其平面度公差應(yīng)不大于8級。

(11)軸承座的內(nèi)徑D 其公差為H7;軸承座內(nèi)徑D的表面粗糙度Ra最大允許值為1.6μm。

(12)軸承座軸線對底平面的平行度 其公差應(yīng)不大于8級。

(13)軸承座的內(nèi)徑D的圓柱度 其公差應(yīng)不大于8級。

(14)軸承座兩端面對內(nèi)徑軸線的垂直度 其公差應(yīng)不大于8級。

(15)軸瓦的外徑D 其極限偏差為m6;軸套的外徑D的極限偏差為S7。

(16)軸瓦和軸套的內(nèi)徑 其極限偏差為H8。

(17)軸瓦和軸套的內(nèi)徑d、外徑D的表面粗糙度Ra其最大允許值為1.6μm。

(18)軸瓦和軸套外徑D的圓柱度 其公差應(yīng)不大于8級。

(19)軸瓦油槽 其棱邊應(yīng)倒鈍、圓滑,內(nèi)徑d兩端的圓角部位應(yīng)圓滑,其圓角半徑R應(yīng)符合圖樣要求。

20.3.2 金屬軸套與軸瓦

20.3.2.1 軸套(見表20-16~表20-20)

表20-16 銅合金軸套(C型)(摘自GB/T 18324—2001) (單位:mm)

(續(xù))

注:括號內(nèi)的數(shù)僅用作特殊用途,應(yīng)盡可能避免使用。

表20-17 銅合金軸套(F型)(摘自GB/T 18324—2001) (單位:mm)

(續(xù))

注:括號內(nèi)的數(shù)僅作特殊用途,應(yīng)盡可能避免使用。

表20-18 銅合金軸套公差(摘自GB/T 18324—2001)

① 沖壓后,d1通常可達到公差位置H,公差等級大約為IT8。

② 根據(jù)使用情況來推薦所用的公差:如果軸套與公差位置h的精密磨削軸制成品相配合,內(nèi)徑d1的公差應(yīng)為D6,它裝配后的概率公差為F8;如果軸套內(nèi)孔是裝配后加工,內(nèi)徑d1的尺寸和公差應(yīng)由供需雙方協(xié)議而定。

表20-19 軸套的尺寸(摘自JB/ZQ 4613—2006) (單位:mm)

(續(xù))

注:1.當(dāng)L為15~30mm時,l=3mm;當(dāng)L>30~60mm時,l=4mm;當(dāng)L>60~100mm時,l=6mm;當(dāng)L>100mm時,l=10mm。

2.軸套的材料:CuAl10Fe5Ni5(ZQA19-4)。

3.B型軸套適用于JB/T 2560—2007《整體有襯正滑動軸承座形式與尺寸》規(guī)定的軸承座。

表20-20 軸套的公差配合(摘自JB/ZQ 4613—2006)

銅合金軸套標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18324—2001適用于帶或不帶有油孔、油槽的單層銅合金軸套。C型為普通整體銅合金軸套,見表20-16,F(xiàn)型為翻邊整體銅合金軸套,見表20-17。

20.3.2.2 卷制軸套

卷制軸套標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12613—2002,適用于外徑為4~300mm的單層和多層軸承材料的卷制軸套。

卷制軸套的公稱尺寸及寬度公差見表20-21。

表20-21 卷制軸套的公稱尺寸及寬度公差(摘自GB/T 12613.1—2011) (單位:mm)

(續(xù))

注:寬度B的極限偏差:

a為±0.25;

b為±0.5;

c為±0.75。

軸套寬度的極限偏差超出a、b或c的范圍時,制造者與用戶應(yīng)協(xié)商一致,并在公稱尺寸的標(biāo)注后面給出。如需要使用非標(biāo)準(zhǔn)軸套寬度,則當(dāng)Di≤50mm時,應(yīng)使寬度尾數(shù)為2、5或者8;當(dāng)Di>50mm時,應(yīng)使寬度尾數(shù)為5。軸套寬度B的檢測應(yīng)按ISO 12301規(guī)定。

卷制軸套的制造精度分為A、B、C、D和W五個系列。A、B、C、D系列控制軸套壁厚的公差,其中C系列軸套以留有加工余量的形式提供,其余的以無加工余量的形式提供。W系列控制軸套內(nèi)外直徑的公差。安裝卷制軸套的軸承座孔直徑公差推薦為H7。

卷制軸套的材料見表20-22。

表20-22 卷制軸套的材料及其代號

注:經(jīng)供需雙方協(xié)議,S1~S6及R1型號材料可覆以鉛基材料。

① 鋼的化學(xué)成分須經(jīng)供需雙方協(xié)議。碳的含量一般小于0.25%,軸承材料的化學(xué)成分按JB/T 7922。

② 硬度試驗按JB/T 7925.1。

③ 鋼的化學(xué)成分須經(jīng)供需雙方同意。碳的含量通常小于0.25%,軸承材料的化學(xué)成分按JB/T 7922。

④ 硬度試驗按JB/T 7925.1。

⑤ 連續(xù)工作的極限溫度取決于熱塑性塑料的類型,如:POM:90℃;PVDF:110℃;PEEK:250℃。

卷制軸套壁厚的公差見表20-23,直徑的公差見表20-24,軸套表面粗糙度Ra見表20-25。

表20-23 卷制軸套壁厚的公差 (單位:mm)

注:1.襯層為多孔燒結(jié)錫青銅/鉛錫青銅,表面覆蓋層為PTFE的軸套只用B系列。

2.襯層為多孔燒結(jié)錫青銅/鉛錫青銅,表面覆蓋層為熱塑性塑料的軸套優(yōu)先選用D系列。

3.鋼背厚度取決于襯層材料。

表20-24 W系列卷制軸套直徑的公差 (單位:mm)

注:軸套內(nèi)徑在環(huán)規(guī)內(nèi)測量。

表20-25 軸套表面粗糙度Ra (單位:μm)

① 鋼背多層軸套Ra≤6.3μm。

卷制軸套壓入狀態(tài)下內(nèi)徑尺寸極限值,當(dāng)設(shè)定軸承孔尺寸不膨脹時,可從軸承孔和軸套壁厚的尺寸及其公差計算出。實際軸承孔尺寸會膨脹,這取決于軸承座的剛度。對于剛性軸承座孔(鋼),軸承座孔的膨脹值,可取軸套外徑中值和軸承座孔直徑中值之差的1/6。

卷制軸套的油孔位置應(yīng)盡可能遠地避開圖20-4中陰影部分,其尺寸見表20-26。用于液體潤滑的油槽有周向環(huán)槽(標(biāo)記M1)和軸向斜槽(標(biāo)記M2)兩種,見表20-26。油槽的截面形狀有兩種,見圖20-5。軸套壁厚大于1mm,可在鋼帶上制出油穴。油穴可單獨使用,也可與油孔和(或)油槽共同使用。圓形油穴N1A型和N1B型用于液體和油脂類潤滑,見圖20-6a。橢圓形油穴N2A型和菱形油穴N2B型用于固體或油脂潤滑,見圖20-6b。上述油穴形式僅為示例,其他形式由制造者決定。

圖20-4 卷制軸套油孔位置

圖20-5 卷制軸套油槽截面形狀

表20-26 卷制軸套油孔、油槽尺寸 (單位:mm)

圖20-6 油穴形式示例

20.3.2.3 軸瓦

軸瓦有厚壁軸瓦和薄壁軸瓦兩種。

(1)厚壁軸瓦(見圖20-7) 厚壁軸瓦壁厚δ與外徑的比值大于0.05,一般用鑄造法制成,常澆鑄一層減摩材料的軸承襯。軸承合金襯層的厚度愈小(如小于0.36mm時),其疲勞強度愈高。若在軸承襯表面鍍一層銦、銀等更軟的金屬的三金屬軸瓦,則在跑合性和嵌入性等方面都有更大改善。軸承合金澆注用槽的結(jié)構(gòu)和尺寸見表20-27。

圖20-7 厚壁軸瓦

表20-27 軸承合金澆鑄用槽 (單位:mm)

注:1.縱向槽數(shù)Z平均分布于圓周上。

2.徑向槽數(shù)Z1在軸襯全長上,不許大于4個。

3.Z是最少的必要數(shù)量。

4.材料為鑄鐵的軸襯,徑向和縱向的槽數(shù),應(yīng)按表內(nèi)規(guī)定的增加1.5~2倍。

5.對重要的軸承,受有相當(dāng)?shù)妮S向力和沖擊等情況下,為取得較大的支承面,軸端結(jié)構(gòu)形式應(yīng)按Ⅱ型或Ⅲ型選擇。

6.如果軸承不承受軸向力,可選用一面軸承端帶支承面,或不帶軸端支承面。

7.軸襯澆注后的表面粗糙度應(yīng)不低于Ra25μm。

8.軸承合金層不應(yīng)有氣泡、氣孔、雜質(zhì)等缺陷。

(2)薄壁軸瓦(見圖20-8) 薄壁軸瓦是將軸承合金黏附在低碳鋼帶上,再經(jīng)沖裁、彎曲成形及精加工制成雙金屬軸瓦。軸瓦剛性小,裝配時又不再修刮軸瓦內(nèi)孔,軸瓦受力變形后的形狀取決于軸承座孔的形狀,故軸瓦和軸承座孔需精密加工。薄壁軸瓦尺寸參數(shù)見表20-28~表20-31。

圖20-8 薄壁軸瓦

表20-28 適用于有或沒有法蘭軸瓦的尺寸、公差和極限偏差(摘自GB/T 7308—2008)

①經(jīng)用戶與制造商共同商定。

②表面粗糙度按照GB/T 10610規(guī)定的方法評定。

③帶電鍍減摩層的軸瓦表面粗糙度測量,可能會因測量裝置的探針將軟合金層劃傷而不夠安全。

④在承載邊。

⑤極限偏差不應(yīng)加大。

⑥電鍍減摩層之后不再加工,對口面的軸瓦高出度公差應(yīng)增加0.01mm。

⑦對于大型軸瓦,往往使用較厚的電鍍減摩層并需要進行另外的加工。在這種情況下,采用滑動表面無電鍍減摩層的公差。

表20-29 法蘭的過渡和削薄最小高度(和寬度) (單位:mm)

表20-30 結(jié)構(gòu)要素的公差和極限偏差 (單位:mm)

(續(xù))

(續(xù))

表20-31 整圓止推墊圈主要尺寸和公差 (單位:mm)

(續(xù))

(續(xù))

注:1.對不帶油槽的墊圈,其平面度公差如下:當(dāng)D≤80mm時為0.01mm;當(dāng)D>80mm時為0.12mm。在自由狀態(tài)下測量。

2.油槽的深度一般不超過減摩合金厚度。

3.所有銳邊都應(yīng)倒角或去飛邊。

20.3.2.4 止推墊圈

止推墊圈一般是與軸套、軸瓦配套使用的止推滑動軸承。通常它不承受大的軸向載荷,只起防止軸的軸向竄動作用。止推墊圈有單金屬的和雙金屬的。對無油潤滑軸承,則使用DU材料或含油粉末冶金材料制成。

整圓止推墊圈(見表20-31)。整圓止推墊圈(GB/T 10446—2008)與GB/T 12613—2011規(guī)定的卷制軸套配合使用。軸承座上凹座直徑DR等于止推墊圈外徑D,公差為G10,凹座深度eR取決于止推墊圈的允許磨損量及載荷條件,標(biāo)準(zhǔn)中不作具體規(guī)定。不帶油槽的止推墊圈在自由狀態(tài)下的平面度P應(yīng)符合表20-31注1的規(guī)定。油槽形式如圖20-9所示。

圖20-9 油槽形式

20.3.3 混合潤滑軸承選用與驗算

20.3.3.1 徑向滑動軸承選用與驗算

(1)驗算軸承的平均壓力

式中F——軸承承受的最大徑向載荷(N);

d——軸頸直徑(mm);

B——軸承寬度(mm);

[p]——軸承材料的許用壓力(MPa),見表20-9~表20-11。

軸承滑動速度v<0.1m/s,或?qū)﹂g歇工作的軸承,每次較短持續(xù)運轉(zhuǎn)后伴隨較長停歇時間,軸承溫升不高,則僅驗算該項即可。

(2)驗算軸承的pv

式中v——軸承滑動速度(m/s);

n——軸頸轉(zhuǎn)速(r/min);

[pv]——軸承材料的pv許用值(MPa·m/s),見表20-9~表20-11。

(3)驗算滑動速度

v≤[v] (20-3)

式中 [v]——軸承許用滑動速度(m/s),見表20-9~表20-11。

(4)軸肩直徑不小于軸瓦肩部的外徑時 允許軸承承受的軸向載荷,不大于最大徑向載荷的30%。

(5)滑動軸承的配合 推薦表20-32。

表20-32 幾種機床及通用設(shè)備滑動軸承的配合

20.3.3.2 平面推力滑動軸承驗算

1.驗算軸承平均壓力

式中Fa——軸向載荷(N);

z——環(huán)形接觸面的數(shù)目;

[p]——軸承材料的許用平均壓力(MPa)。

推力滑動軸承的常用型式見表20-33。平面推力滑動軸承接觸面上壓力分布均勻,潤滑條件較差,故軸承壓力等許用值較低。

表20-33 推力滑動軸承的常用型式

2.驗算軸承pv

式中b——軸頸環(huán)形接觸面工作寬度(mm);

[pv]——軸承pv許用值(MPa·m/s),見表20-34。

表20-34 推力滑動軸承的[p]、[pv]值

20.3.4 潤滑方式和潤滑劑的選擇

(1)潤滑方式的選擇 軸承潤滑方式可通過計算k值確定:

當(dāng)k≤2,可用潤滑脂潤滑(可采用黃油杯);k>2~15,用潤滑油潤滑(可采用針閥式油杯等);k>15~30,用油環(huán)、飛濺潤滑,并需用水或循環(huán)油冷卻;k>30,必須用壓力循環(huán)潤滑。

(2)潤滑劑的選擇(見表20-35~表20-38) 原則上轉(zhuǎn)速高、壓力小,應(yīng)選黏度較低的油;反之,轉(zhuǎn)速低、壓力大,應(yīng)選黏度較高的油。

表20-35 滑動軸承潤滑油選擇(不完全液體潤滑,工作溫度<60℃)

注:表中潤滑油是以40℃時運動黏度為基礎(chǔ)的牌號。

表20-36 滑動軸承潤滑脂的選擇

注:1.在潮濕環(huán)境,溫度在75~120℃的條件下,應(yīng)考慮用鈣-鈉基潤滑脂。

2.在潮濕環(huán)境,工作溫度在75℃以下,沒有3號鈣基脂也可以用鋁基脂。

3.工作溫度在110~120℃,可用鋰基脂或鋇基脂。

4.集中潤滑時,稠度要小些。

表20-37 潤滑槽型式(摘自GB/T 6403.2—2008)

①滑動軸承上用的潤滑槽型式(1)、(2)、(3)、(4)用于徑向軸承的軸瓦上;型式(5)用于徑向軸承的軸上;型式(6)、(7)用于推力軸承上;型式(8)用于推力軸承的軸端上。

表20-38 滑動軸承的加脂周期

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